JP2000249974A - 表示装置及び立体表示装置 - Google Patents
表示装置及び立体表示装置Info
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- JP2000249974A JP2000249974A JP11054686A JP5468699A JP2000249974A JP 2000249974 A JP2000249974 A JP 2000249974A JP 11054686 A JP11054686 A JP 11054686A JP 5468699 A JP5468699 A JP 5468699A JP 2000249974 A JP2000249974 A JP 2000249974A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 虚像の位置を調節可能な立体表示光学系を得
る。 【解決手段】 二次元表示素子２１と眼Ｅの間の光路
に、二次元表示素子２１が表示した画像を虚像として拡
大する正の屈折率の第１の光学系２２と、この第１の光
学系２２が拡大した虚像の位置を調節するための第２の
光学系２３とを配置する。第１の光学系２２を固定する
と共に、二次元表示素子２１を第１の光学系２２の焦点
面の近傍に固定し、第２の光学系２３は第１の光学系２
２に対して固定する。第２の光学系２３では、透明な液
体３１を透明な２枚の弾性体膜３２、３３と、これらの
弾性体膜３２、３３の周縁を囲む環状体３４との内部に
収容し、一方の弾性体膜３３をアクチュエータにより変
形させる。第２の光学系２３により虚像の位置を調節し
て見易い画像を実現し、機械的な駆動機構を不要として
小型軽量化する。
る。 【解決手段】 二次元表示素子２１と眼Ｅの間の光路
に、二次元表示素子２１が表示した画像を虚像として拡
大する正の屈折率の第１の光学系２２と、この第１の光
学系２２が拡大した虚像の位置を調節するための第２の
光学系２３とを配置する。第１の光学系２２を固定する
と共に、二次元表示素子２１を第１の光学系２２の焦点
面の近傍に固定し、第２の光学系２３は第１の光学系２
２に対して固定する。第２の光学系２３では、透明な液
体３１を透明な２枚の弾性体膜３２、３３と、これらの
弾性体膜３２、３３の周縁を囲む環状体３４との内部に
収容し、一方の弾性体膜３３をアクチュエータにより変
形させる。第２の光学系２３により虚像の位置を調節し
て見易い画像を実現し、機械的な駆動機構を不要として
小型軽量化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次元表示素子に
より表示した画像を観察者の眼に虚像として表示する表
示装置、及び視差のある画像を観察者の両眼に表示して
観察者に立体感を覚えさせる立体表示装置に関するもの
である。
より表示した画像を観察者の眼に虚像として表示する表
示装置、及び視差のある画像を観察者の両眼に表示して
観察者に立体感を覚えさせる立体表示装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、多様な立体表示装置がバーチャル
リアリティ（仮想空間）の分野で研究開発されており、
この種の装置の１つとしてヘッドマウントディスプレイ
と称される頭部装着型の装置が知られている。頭部装着
型の装置は、画像を表示する液晶ディスプレイ等の二次
元表示素子と、この二次元表示素子が表示した画像を拡
大するための光学系とを観察者の両眼に対してそれぞれ
備えている。通常、二次元表示素子は観察者の眼に対し
て光学的に固定されているので、観察者が観察する虚像
の位置も固定されている。これに対し、虚像の位置を観
察者の視度に合わせて変化させ得る装置も知られている
が、この装置でも虚像の位置は観察者が観察している間
は固定されている。
リアリティ（仮想空間）の分野で研究開発されており、
この種の装置の１つとしてヘッドマウントディスプレイ
と称される頭部装着型の装置が知られている。頭部装着
型の装置は、画像を表示する液晶ディスプレイ等の二次
元表示素子と、この二次元表示素子が表示した画像を拡
大するための光学系とを観察者の両眼に対してそれぞれ
備えている。通常、二次元表示素子は観察者の眼に対し
て光学的に固定されているので、観察者が観察する虚像
の位置も固定されている。これに対し、虚像の位置を観
察者の視度に合わせて変化させ得る装置も知られている
が、この装置でも虚像の位置は観察者が観察している間
は固定されている。
【０００３】視差のある画像を両眼に表示し、観察者に
立体感つまり距離感を覚えさせるものとして輻輳角があ
る。視差のある画像を両眼に表示したとき、両眼は観察
しようとする画像に視線を自然に集中させる輻輳調節を
行うが、視線を虚像の位置に一致させることができない
場合には、観察者は不快感を覚えることがある。
立体感つまり距離感を覚えさせるものとして輻輳角があ
る。視差のある画像を両眼に表示したとき、両眼は観察
しようとする画像に視線を自然に集中させる輻輳調節を
行うが、視線を虚像の位置に一致させることができない
場合には、観察者は不快感を覚えることがある。
【０００４】一方、輻輳調節により視線を虚像の位置に
一致させ、より快適な立体感を観察者に覚えさせる技術
が、特開平８−２２３０６９号公報、特開平９−２９７
２８２号公報、Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ（１９９７年１２月
号）等に開示されている。
一致させ、より快適な立体感を観察者に覚えさせる技術
が、特開平８−２２３０６９号公報、特開平９−２９７
２８２号公報、Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ（１９９７年１２月
号）等に開示されている。
【０００５】図１０は特開平８−２２３０６９号公報に
開示されている装置を示し、観察者Ｐはディスプレイ１
が表示した視差のある画像を、ミラー２、可動レンズ
３、眼鏡型の視線方向検出手段４を通して観察し、視線
方向検出手段４から視線方向が画像処理手段５に入力す
る。画像処理手段５は画像の透過投影変換も可能となっ
ており、視線方向から輻輳調節のための情報を算出して
制御手段６に出力する。制御手段６は入力情報から得た
注視点の距離情報に基づいて、可動レンズ３を駆動し虚
像Ｖの位置を変化させる。
開示されている装置を示し、観察者Ｐはディスプレイ１
が表示した視差のある画像を、ミラー２、可動レンズ
３、眼鏡型の視線方向検出手段４を通して観察し、視線
方向検出手段４から視線方向が画像処理手段５に入力す
る。画像処理手段５は画像の透過投影変換も可能となっ
ており、視線方向から輻輳調節のための情報を算出して
制御手段６に出力する。制御手段６は入力情報から得た
注視点の距離情報に基づいて、可動レンズ３を駆動し虚
像Ｖの位置を変化させる。
【０００６】図１１は特開平９−２９７２８２号公報に
開示されている装置を示し、この装置では観察者の眼Ｅ
は二次元表示素子１１が表示した画像を可変焦点レンズ
１２を通して観察する。そして、駆動回路１３は可変焦
点レンズ１２を電気的に駆動し、可変焦点レンズ１２の
屈折率を変化させて、虚像Ｖの位置を変化させる。
開示されている装置を示し、この装置では観察者の眼Ｅ
は二次元表示素子１１が表示した画像を可変焦点レンズ
１２を通して観察する。そして、駆動回路１３は可変焦
点レンズ１２を電気的に駆動し、可変焦点レンズ１２の
屈折率を変化させて、虚像Ｖの位置を変化させる。
【０００７】図１２は可変焦点レンズ１２を示し、２枚
の透明な電極１４、１５の間に固定光学素子１６と屈折
率可変物質１７が挟持され、電極１４、１５は駆動回路
１３に接続されている。屈折率可変物質１７の層を薄
く、即ち屈折率可変物質１７の体積を少なくするため、
固定光学素子１６はフレネルレンズ状とされている。駆
動回路１３から電極１４、１５に電気信号が加わると、
屈折率可変物質１７の屈折率が変化し、固定光学素子１
６の屈折率との間に差が生ずる。これにより、可変焦点
レンズ１２の屈折率が変化し、破線で示す出射光の方向
は実線で示す方向に変化する。
の透明な電極１４、１５の間に固定光学素子１６と屈折
率可変物質１７が挟持され、電極１４、１５は駆動回路
１３に接続されている。屈折率可変物質１７の層を薄
く、即ち屈折率可変物質１７の体積を少なくするため、
固定光学素子１６はフレネルレンズ状とされている。駆
動回路１３から電極１４、１５に電気信号が加わると、
屈折率可変物質１７の屈折率が変化し、固定光学素子１
６の屈折率との間に差が生ずる。これにより、可変焦点
レンズ１２の屈折率が変化し、破線で示す出射光の方向
は実線で示す方向に変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図１０に
示す従来例は、可動レンズ３を駆動するための機構が必
要であるため、大型化や重量増を来し、特に頭部装着型
の装置の場合には観察者Ｐに不快感を与えるという問題
がある。また、ディスプレイ１に比較的軽量な液晶ディ
スプレイ等を使用し、それ自体を光軸方向に移動させて
虚像Ｖの位置を変化させることも考えられるが、この場
合にも液晶ディスプレイを駆動するための機構が必要に
なるので、大型化や重量増を来すと共に、虚像Ｖの位置
を高速で変化させたり、動画に対応させたりすることが
困難になるという問題がある。更に、ディスプレイ１と
視線方向検出手段４が別体であるため、観察者Ｐに視線
方向検出手段４の着用を煩わしく思わせるという問題が
ある。
示す従来例は、可動レンズ３を駆動するための機構が必
要であるため、大型化や重量増を来し、特に頭部装着型
の装置の場合には観察者Ｐに不快感を与えるという問題
がある。また、ディスプレイ１に比較的軽量な液晶ディ
スプレイ等を使用し、それ自体を光軸方向に移動させて
虚像Ｖの位置を変化させることも考えられるが、この場
合にも液晶ディスプレイを駆動するための機構が必要に
なるので、大型化や重量増を来すと共に、虚像Ｖの位置
を高速で変化させたり、動画に対応させたりすることが
困難になるという問題がある。更に、ディスプレイ１と
視線方向検出手段４が別体であるため、観察者Ｐに視線
方向検出手段４の着用を煩わしく思わせるという問題が
ある。
【０００９】一方、図１１に示す従来例は屈折率可変物
質１７を電気的に制御するので、高速駆動と軽量化が可
能である反面で、固定光学素子１６がフレネルレンズ状
とされているため、固定光学素子１６の非レンズ部１６
ａに発生する散乱光等が画質を低下させるという問題が
ある。
質１７を電気的に制御するので、高速駆動と軽量化が可
能である反面で、固定光学素子１６がフレネルレンズ状
とされているため、固定光学素子１６の非レンズ部１６
ａに発生する散乱光等が画質を低下させるという問題が
ある。
【００１０】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
高画質と小型軽量を実現し得る虚像位置調節が可能な表
示装置を提供することにある。
高画質と小型軽量を実現し得る虚像位置調節が可能な表
示装置を提供することにある。
【００１１】また、本発明の他の目的は、眼鏡型の視線
方向検出手段を不要とする立体表示装置を提供すること
にある。
方向検出手段を不要とする立体表示装置を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る表示装置は、二次元表示素子により表示
した画像を観察者の眼に虚像として表示する表示装置に
おいて、前記二次元表示素子を固定すると共に、前記二
次元表示素子と観察者の眼の間の光路には、前記二次元
表示素子により表示した画像を拡大するための第１の光
学系と、該第１の光学系により拡大した虚像の位置を調
節するための第２の光学系とを設けたことを特徴とす
る。
の本発明に係る表示装置は、二次元表示素子により表示
した画像を観察者の眼に虚像として表示する表示装置に
おいて、前記二次元表示素子を固定すると共に、前記二
次元表示素子と観察者の眼の間の光路には、前記二次元
表示素子により表示した画像を拡大するための第１の光
学系と、該第１の光学系により拡大した虚像の位置を調
節するための第２の光学系とを設けたことを特徴とす
る。
【００１３】また、本発明に係る立体表示装置は、視差
のある画像を観察者に表示して観察者に立体感を覚えさ
せる立体表示装置において、前記画像を表示するための
二次元表示素子と、該二次元表示素子により表示した画
像を拡大するための第１の光学系と、該第１の光学系に
より拡大した虚像の位置を調節するための第２の光学系
とから成り、前記第１の光学系を固定すると共に、前記
二次元表示素子は前記第１の光学系の焦点面の近傍に固
定し、前記第２の光学系は焦点距離調節機能を有するこ
とを特徴とする。
のある画像を観察者に表示して観察者に立体感を覚えさ
せる立体表示装置において、前記画像を表示するための
二次元表示素子と、該二次元表示素子により表示した画
像を拡大するための第１の光学系と、該第１の光学系に
より拡大した虚像の位置を調節するための第２の光学系
とから成り、前記第１の光学系を固定すると共に、前記
二次元表示素子は前記第１の光学系の焦点面の近傍に固
定し、前記第２の光学系は焦点距離調節機能を有するこ
とを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明を図１〜図９に図示の実施
例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例の構
成図であり、例えば観察者の頭部に装着可能な図示しな
い装着手段には、左右の眼Ｅにそれぞれ対応する一対の
二次元表示素子２１が配置され、二次元表示素子２１と
眼Ｅの間の光路には、二次元表示素子２１が表示した画
像を虚像として拡大する正の屈折率の第１の光学系２２
と、この第１の光学系２２が形成した虚像の位置を調節
するための第２の光学系２３とがそれぞれ配置されてい
る。二次元表示素子２１は例えば液晶ディスプレイとさ
れ、第２の光学系２３は可変焦点レンズとされている。
この場合に、２つの二次元表示素子２１に視差を有する
画像を表示すれば立体画像が得られる。
例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例の構
成図であり、例えば観察者の頭部に装着可能な図示しな
い装着手段には、左右の眼Ｅにそれぞれ対応する一対の
二次元表示素子２１が配置され、二次元表示素子２１と
眼Ｅの間の光路には、二次元表示素子２１が表示した画
像を虚像として拡大する正の屈折率の第１の光学系２２
と、この第１の光学系２２が形成した虚像の位置を調節
するための第２の光学系２３とがそれぞれ配置されてい
る。二次元表示素子２１は例えば液晶ディスプレイとさ
れ、第２の光学系２３は可変焦点レンズとされている。
この場合に、２つの二次元表示素子２１に視差を有する
画像を表示すれば立体画像が得られる。
【００１５】双方の二次元表示素子２１は一対の素子駆
動回路２４に電気的にそれぞれ接続され、双方の第２の
光学系２３は共通のレンズ駆動回路２５に電気的に接続
されている。そして、素子駆動回路２４とレンズ駆動回
路２５は制御回路２６に電気的に接続され、駆動回路２
４、２５は同期して制御されている。
動回路２４に電気的にそれぞれ接続され、双方の第２の
光学系２３は共通のレンズ駆動回路２５に電気的に接続
されている。そして、素子駆動回路２４とレンズ駆動回
路２５は制御回路２６に電気的に接続され、駆動回路２
４、２５は同期して制御されている。
【００１６】図２は第２の光学系２３の構成図であり、
光学的に透明な液体３１が、光学的に透明な２枚の対向
する弾性体膜３２、３３と、これらの弾性体膜３２、３
３の周縁を囲む非弾性の環状体３４とで囲む内部に収容
され、一方の弾性体膜３３にはアクチュエータ３５が接
続されている。アクチュエータ３５は積層されたピエゾ
素子を有し、３００Ｈｚまでの周波数応答性を備え、入
力した信号に応じて弾性体膜３３に負荷を与えるように
なっている。これにより、アクチュエータ３５が一方の
弾性体膜３３に負荷を与えた際には、図３に示すように
液体３１の体積は一定であるため、液体３１と弾性体膜
３２、３３が凹レンズ状に変形し、第２の光学系２３は
負の屈折率を発生する。
光学的に透明な液体３１が、光学的に透明な２枚の対向
する弾性体膜３２、３３と、これらの弾性体膜３２、３
３の周縁を囲む非弾性の環状体３４とで囲む内部に収容
され、一方の弾性体膜３３にはアクチュエータ３５が接
続されている。アクチュエータ３５は積層されたピエゾ
素子を有し、３００Ｈｚまでの周波数応答性を備え、入
力した信号に応じて弾性体膜３３に負荷を与えるように
なっている。これにより、アクチュエータ３５が一方の
弾性体膜３３に負荷を与えた際には、図３に示すように
液体３１の体積は一定であるため、液体３１と弾性体膜
３２、３３が凹レンズ状に変形し、第２の光学系２３は
負の屈折率を発生する。
【００１７】なお、弾性体膜３３の絶対的な変形量は微
少であるため、第２の光学系２３の屈折力の変化は少な
い。従って、特開平９−２９７２８２号公報に開示され
ている従来の屈折率可変レンズを第２の光学系２３に使
用した場合には、虚像の拡大率が小さくなってしまう。
そこで、この第１の実施例では、第１の光学系２２を固
定すると共に、二次元表示素子２１を第１の光学系２２
の焦点面の近傍に固定し、第１の光学系２２が形成した
虚像の位置を第２の光学系２３により調節可能としてい
る。
少であるため、第２の光学系２３の屈折力の変化は少な
い。従って、特開平９−２９７２８２号公報に開示され
ている従来の屈折率可変レンズを第２の光学系２３に使
用した場合には、虚像の拡大率が小さくなってしまう。
そこで、この第１の実施例では、第１の光学系２２を固
定すると共に、二次元表示素子２１を第１の光学系２２
の焦点面の近傍に固定し、第１の光学系２２が形成した
虚像の位置を第２の光学系２３により調節可能としてい
る。
【００１８】これにより、図４に示すように第１の光学
系２２の焦点距離ｆ１は固定で、第２の光学系２３の焦
点距離ｆ２は可変となり、二次元表示素子２１は第１の
光学系２２の前側焦点面に位置し、二次元表示素子２１
が形成する虚像は第１の光学系２２から二次元表示素子
２１の方向への無限の距離に位置する。従って、第２の
光学系２３が第１の光学系２２に密着していると仮定す
ると、光束は第１の光学系２２から第２の光学系２３に
平行光となって入射するため、虚像は第２の光学系２３
の位置から焦点距離ｆ２だけ離れて位置する。例えば、
第２の光学系２３の焦点距離ｆ２が０〜−３００ｍｍに
変化すると仮定すると、虚像の位置は無限の距離から３
００ｍｍの距離に移動する。つまり、Ｏ〜−３．３３Ｄ
デオプタに変化することになる。なお、第１の光学系２
２と第２の光学系２３の厚さを実際には考慮する必要が
ある。
系２２の焦点距離ｆ１は固定で、第２の光学系２３の焦
点距離ｆ２は可変となり、二次元表示素子２１は第１の
光学系２２の前側焦点面に位置し、二次元表示素子２１
が形成する虚像は第１の光学系２２から二次元表示素子
２１の方向への無限の距離に位置する。従って、第２の
光学系２３が第１の光学系２２に密着していると仮定す
ると、光束は第１の光学系２２から第２の光学系２３に
平行光となって入射するため、虚像は第２の光学系２３
の位置から焦点距離ｆ２だけ離れて位置する。例えば、
第２の光学系２３の焦点距離ｆ２が０〜−３００ｍｍに
変化すると仮定すると、虚像の位置は無限の距離から３
００ｍｍの距離に移動する。つまり、Ｏ〜−３．３３Ｄ
デオプタに変化することになる。なお、第１の光学系２
２と第２の光学系２３の厚さを実際には考慮する必要が
ある。
【００１９】図５は第２の光学系２３に屈折力（パワ
ー）が生じていないときの作用を示し、二次元表示素子
２１から出射した光束は、第１の光学系２２を透過して
アフォーカル光となり、第２の光学系２３を透過して角
度を変えずに観察者の眼Ｅに入射する。そして、対とな
った二次元表示素子２１、第１の光学系２２及び第２の
光学系２３は、両眼Ｅに視差のある画像を表示する。こ
のとき、虚像は無限の距離に位置する。
ー）が生じていないときの作用を示し、二次元表示素子
２１から出射した光束は、第１の光学系２２を透過して
アフォーカル光となり、第２の光学系２３を透過して角
度を変えずに観察者の眼Ｅに入射する。そして、対とな
った二次元表示素子２１、第１の光学系２２及び第２の
光学系２３は、両眼Ｅに視差のある画像を表示する。こ
のとき、虚像は無限の距離に位置する。
【００２０】図６は第２の光学系２３に屈折力が生じた
ときの作用を示し、制御回路２６は視差のある画像が持
っている距離と観察者が見ている虚像Ｖの位置が等し
く、即ち視差に相当する距離に虚像Ｖの位置を調整する
ように、レンズ駆動回路２５を介して第２の光学系２３
を制御する。これにより、第２の光学系２３から出射し
た光線は角度を変えて観察者の眼Ｅに入射する。このと
き、虚像Ｖは有限な距離に位置する。
ときの作用を示し、制御回路２６は視差のある画像が持
っている距離と観察者が見ている虚像Ｖの位置が等し
く、即ち視差に相当する距離に虚像Ｖの位置を調整する
ように、レンズ駆動回路２５を介して第２の光学系２３
を制御する。これにより、第２の光学系２３から出射し
た光線は角度を変えて観察者の眼Ｅに入射する。このと
き、虚像Ｖは有限な距離に位置する。
【００２１】このように、第１の実施例は双方の二次元
表示素子２１が表示する視差に相当する距離に虚像Ｖの
位置を調節するので、観察者に輻輳調節を必要とさせ
ず、違和感を覚えさせることがない。また、第２の光学
系２３は透明な液体３１を透明な弾性体膜３２、３３と
環状体３４の間に封入し、弾性体膜３２、３３を連続的
に変形させる構成であるため、高速応答と動画への対応
が可能となる上に、高精細な画像を提供できる。
表示素子２１が表示する視差に相当する距離に虚像Ｖの
位置を調節するので、観察者に輻輳調節を必要とさせ
ず、違和感を覚えさせることがない。また、第２の光学
系２３は透明な液体３１を透明な弾性体膜３２、３３と
環状体３４の間に封入し、弾性体膜３２、３３を連続的
に変形させる構成であるため、高速応答と動画への対応
が可能となる上に、高精細な画像を提供できる。
【００２２】なお、この第１の実施例では二次元表示素
子２１に液晶ディスプレイを使用したが、それに限定す
るものでない。また、第１の光学系２２はアフォーカル
レンズとしたが、画像を拡大すると共に透過光をアフォ
ーカルとすれば、その種類を限定するものでない。ま
た、第１の光学系２２は正の屈折力を有する光学系とし
たが、虚像を拡大する機能を有すればその他の光学系で
あってもよい。更に、二次元表示素子２１を第１の光学
系２２の焦点面の近傍に配置したので、第１の光学系２
２からの光束が完全な平行光とならなくても、虚像の位
置を第２の光学系２３により調節することができる。
子２１に液晶ディスプレイを使用したが、それに限定す
るものでない。また、第１の光学系２２はアフォーカル
レンズとしたが、画像を拡大すると共に透過光をアフォ
ーカルとすれば、その種類を限定するものでない。ま
た、第１の光学系２２は正の屈折力を有する光学系とし
たが、虚像を拡大する機能を有すればその他の光学系で
あってもよい。更に、二次元表示素子２１を第１の光学
系２２の焦点面の近傍に配置したので、第１の光学系２
２からの光束が完全な平行光とならなくても、虚像の位
置を第２の光学系２３により調節することができる。
【００２３】そして、第２の光学系２３には特開平９−
２３０２５２号公報に開示されている可変焦点レンズ、
或いはProc.9th Int.Conf.Solid-State Sensors and Ac
tuator '97,p55,56,1997のA New Compact and Quick-Re
sponse Dynamic Focusing Lensに開示されている可変焦
点レンズ等を使用できる。
２３０２５２号公報に開示されている可変焦点レンズ、
或いはProc.9th Int.Conf.Solid-State Sensors and Ac
tuator '97,p55,56,1997のA New Compact and Quick-Re
sponse Dynamic Focusing Lensに開示されている可変焦
点レンズ等を使用できる。
【００２４】図７は第２の実施例の構成図であり、第１
の実施例に観察者の視線方向を検出するための視線方向
検出手段が加えられている。この視線方向検出手段は眼
Ｅを照明する光源４１、眼Ｅで反射した光源４１からの
反射光束を反射するダイクロイックミラー４２、このダ
イクロイックミラー４２からの光束に対する開口絞り４
３、眼Ｅの像を二次元撮像素子４５上に結像する結像レ
ンズ４４、及び眼Ｅの像を撮像する二次元撮像素子４５
から構成されている。光源４１と二次元撮像素子４５は
視線検出回路４６に電気的に接続され、視線検出回路４
６は制御回路２６に電気的に接続されている。
の実施例に観察者の視線方向を検出するための視線方向
検出手段が加えられている。この視線方向検出手段は眼
Ｅを照明する光源４１、眼Ｅで反射した光源４１からの
反射光束を反射するダイクロイックミラー４２、このダ
イクロイックミラー４２からの光束に対する開口絞り４
３、眼Ｅの像を二次元撮像素子４５上に結像する結像レ
ンズ４４、及び眼Ｅの像を撮像する二次元撮像素子４５
から構成されている。光源４１と二次元撮像素子４５は
視線検出回路４６に電気的に接続され、視線検出回路４
６は制御回路２６に電気的に接続されている。
【００２５】光源４１は赤外光を出射する複数の光源か
ら成り、観察者に認識されない光束を眼Ｅに向けて出射
する。ダイクロイックミラー４２は波長選択特性を有
し、二次元表示素子２１が表示した画像に含まれる波長
を透過させる反面で、眼Ｅで反射光源４１からの赤外光
を主として反射する。結像レンズ４４は眼Ｅと二次元撮
像素子４５とを共役とし、図８に示すように二次元撮像
素子４５に眼Ｅの像Ｅ’を結像する。
ら成り、観察者に認識されない光束を眼Ｅに向けて出射
する。ダイクロイックミラー４２は波長選択特性を有
し、二次元表示素子２１が表示した画像に含まれる波長
を透過させる反面で、眼Ｅで反射光源４１からの赤外光
を主として反射する。結像レンズ４４は眼Ｅと二次元撮
像素子４５とを共役とし、図８に示すように二次元撮像
素子４５に眼Ｅの像Ｅ’を結像する。
【００２６】像Ｅ’は瞳孔部５１、白眼部５２及び角膜
の反射像であるプルキンエ像部５３を有し、光源４１が
複数の光点を有するため、像Ｅ’には複数のプルキンエ
像Ｐが現われる。本実施例では光源４１が２つの光源か
ら成っているので２個のプルキンエ像が現われる。瞳孔
部５１の反射光量は少なく、プルキンエ像Ｐの反射光量
は多い。視線検出回路４６は二次元撮像素子４５が得た
像Ｅ’から瞳孔部５１とプルキンエ像Ｐの位置を算出
し、その情報から観察者の視線方向を算出する。そし
て、制御回路２６は視線方向に応じて観察者がどこの視
差画像を観察しているかを判断し、その視差に応じて第
２の光学系２３の屈折力を変化させ、虚像の位置を調節
する。
の反射像であるプルキンエ像部５３を有し、光源４１が
複数の光点を有するため、像Ｅ’には複数のプルキンエ
像Ｐが現われる。本実施例では光源４１が２つの光源か
ら成っているので２個のプルキンエ像が現われる。瞳孔
部５１の反射光量は少なく、プルキンエ像Ｐの反射光量
は多い。視線検出回路４６は二次元撮像素子４５が得た
像Ｅ’から瞳孔部５１とプルキンエ像Ｐの位置を算出
し、その情報から観察者の視線方向を算出する。そし
て、制御回路２６は視線方向に応じて観察者がどこの視
差画像を観察しているかを判断し、その視差に応じて第
２の光学系２３の屈折力を変化させ、虚像の位置を調節
する。
【００２７】この第２の実施例は、観察者がどの視差画
像を観察しているかを視線検出回路４６により検出し、
その視差に応じて第２の光学系２３の屈折率を変化させ
るので、観察者の輻輳角と虚像の位置を適合させること
ができ、観察者に違和感の少ない立体感を与えることが
できる。また、二次元表示素子２１の画像を観察するた
めの光路と、視線の方向を検出するための光路とをダイ
クロイックミラー４２により共有させたので、観察者に
眼鏡型の視線方向検出手段を掛けさせる煩わしさをなく
すことができる上、第１の実施例と同様な効果を達成で
きる。
像を観察しているかを視線検出回路４６により検出し、
その視差に応じて第２の光学系２３の屈折率を変化させ
るので、観察者の輻輳角と虚像の位置を適合させること
ができ、観察者に違和感の少ない立体感を与えることが
できる。また、二次元表示素子２１の画像を観察するた
めの光路と、視線の方向を検出するための光路とをダイ
クロイックミラー４２により共有させたので、観察者に
眼鏡型の視線方向検出手段を掛けさせる煩わしさをなく
すことができる上、第１の実施例と同様な効果を達成で
きる。
【００２８】なお、この第２の実施例の視線を検出する
ための具体的方法は、特開平１−２４１５１１号公報、
特開平５−８８０７４号公報等に開示されている。ま
た、第１、２の実施例において、二次元表示素子を第１
の光学系の焦点面におき、第１の光学系に対して、二次
元表示素子の虚像がほぼ無限に形成されるように構成し
たが、これに限定するものでない。
ための具体的方法は、特開平１−２４１５１１号公報、
特開平５−８８０７４号公報等に開示されている。ま
た、第１、２の実施例において、二次元表示素子を第１
の光学系の焦点面におき、第１の光学系に対して、二次
元表示素子の虚像がほぼ無限に形成されるように構成し
たが、これに限定するものでない。
【００２９】図９は第３の実施例の要部構成図であり、
二次元表示素子６１、第１の光学系６２、第２の光学系
６３、素子駆動回路６４、レンズ駆動回路６５、及び制
御回路６６が配置されると共に、視線方向検出手段とし
ての光源６７、開口絞り６８、結像レンズ６９、二次元
撮像素子７０、及び視線検出回路７１が配置されてい
る。第１の光学系６２は偏心光学系又は観察光学系とさ
れ、第２の光学系６３は第１、第２の実施例の第２の光
学系２３と同様とされている。
二次元表示素子６１、第１の光学系６２、第２の光学系
６３、素子駆動回路６４、レンズ駆動回路６５、及び制
御回路６６が配置されると共に、視線方向検出手段とし
ての光源６７、開口絞り６８、結像レンズ６９、二次元
撮像素子７０、及び視線検出回路７１が配置されてい
る。第１の光学系６２は偏心光学系又は観察光学系とさ
れ、第２の光学系６３は第１、第２の実施例の第２の光
学系２３と同様とされている。
【００３０】ここで、二次元表示素子６１は第１の光学
系６２の面６２ａに略平行となるように配置されてお
り、二次元表示素子６１からの光束は、第１の光学系６
２の面６２ａを透過した後に面６２ｂで全反射し、更に
面６２ｃで反射した後に面６２ｂを透過し、第２の光学
系６３を透過して観察者の眼Ｅに入射する。
系６２の面６２ａに略平行となるように配置されてお
り、二次元表示素子６１からの光束は、第１の光学系６
２の面６２ａを透過した後に面６２ｂで全反射し、更に
面６２ｃで反射した後に面６２ｂを透過し、第２の光学
系６３を透過して観察者の眼Ｅに入射する。
【００３１】この第３の実施例は、二次元表示素子６１
が表示した画像を第１の光学系６２により虚像として形
成し、第２の光学系６３を駆動することにより虚像の位
置を調節することができ、第２の実施例と同様な効果を
達成できる。
が表示した画像を第１の光学系６２により虚像として形
成し、第２の光学系６３を駆動することにより虚像の位
置を調節することができ、第２の実施例と同様な効果を
達成できる。
【００３２】なお、この第３の実施例の第１の光学系６
２には、特開平８−２３４１３７号公報に開示されてい
る画像観察光学系を使用できる。
２には、特開平８−２３４１３７号公報に開示されてい
る画像観察光学系を使用できる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る表示装
置は、第２の光学系にフレネルレンズ状の部分が存在し
ないので、散乱光を発生することがなく、高画質を実現
できる。また、第２の光学系を機械的に駆動する従来の
機構を不要とするので、小型軽量化が可能となる。
置は、第２の光学系にフレネルレンズ状の部分が存在し
ないので、散乱光を発生することがなく、高画質を実現
できる。また、第２の光学系を機械的に駆動する従来の
機構を不要とするので、小型軽量化が可能となる。
【００３４】本発明に係る立体表示装置は、第２の光学
系は焦点距離調節機能を有するので、従来の眼鏡型の視
線方向検出手段が不要となり、観察者を煩わすことはな
い。
系は焦点距離調節機能を有するので、従来の眼鏡型の視
線方向検出手段が不要となり、観察者を煩わすことはな
い。
【図１】第１の実施例の構成図である。
【図２】第２の光学系の構成図である。
【図３】第２の光学系の作用説明図である。
【図４】作用説明図である。
【図５】作用説明図である。
【図６】作用説明図である。
【図７】第２の実施例の構成図である。
【図８】眼の像を示す図である。
【図９】第３の実施例の要部構成図である。
【図１０】従来例の構成図である。
【図１１】その他の従来例の構成図である。
【図１２】従来例の可変焦点レンズの側面図である。
２１、６１ 二次元表示素子 ２２、６２ 第１の光学系 ２３、６３ 第２の光学系 ３１ 液体 ３２、３３ 弾性体膜 ３４ 環状体 ３５ アクチュエータ ４１、６７ 光源 ４２ ダイクロイックミラー ４３、６８ 開口絞り ４４、６９ 結像レンズ ４５、７０ 二次元撮像素子 ４６、７１ 視線検出回路 Ｅ 眼 Ｖ 虚像
Claims (8)
- 【請求項１】 二次元表示素子により表示した画像を観
察者の眼に虚像として表示する表示装置において、前記
二次元表示素子を固定すると共に、前記二次元表示素子
と観察者の眼の間の光路には、前記二次元表示素子によ
り表示した画像を拡大するための第１の光学系と、該第
１の光学系により拡大した虚像の位置を調節するための
第２の光学系とを設けたことを特徴とする表示装置。 - 【請求項２】 前記第１の光学系を固定すると共に、前
記二次元表示素子は前記第１の光学系の焦点面の近傍に
固定した請求項１に記載の表示装置。 - 【請求項３】 前記第２の光学系は焦点距離調節機能を
有し、前記第１の光学系に対して位置を固定した請求項
１又は２に記載の表示装置。 - 【請求項４】 前記第２の光学系は透明な液体と、該液
体を密封する透明部材と、該透明部材を変形させる機構
とから成り、前記透明部材を前記機構により変形させて
焦点距離を調節する請求項１に記載の表示装置。 - 【請求項５】 視差のある画像を観察者に表示して観察
者に立体感を覚えさせる立体表示装置において、前記画
像を表示するための二次元表示素子と、該二次元表示素
子により表示した画像を拡大するための第１の光学系
と、該第１の光学系により拡大した虚像の位置を調節す
るための第２の光学系とから成り、前記第１の光学系を
固定すると共に、前記二次元表示素子は前記第１の光学
系の焦点面の近傍に固定し、前記第２の光学系は焦点距
離調節機能を有することを特徴とする立体表示装置。 - 【請求項６】 観察者の視線方向を検出するための検出
手段を設け、前記第２の光学系の焦点距離調節機能は前
記検出手段により検出した情報に基づいて作用する請求
項５に記載の立体表示装置。 - 【請求項７】 観察者が前記二次元表示素子を観察する
ための光路と、観察者の視線方向を検出するための光路
とを分離する光路分離手段を前記二次元表示素子と観察
者の眼の間の光路に設けると共に、観察者の視線方向を
検出するために観察者の眼を赤外光により照明する照明
手段を設けた請求項５に記載の立体表示装置。 - 【請求項８】 前記第２の光学系は透明な液体と、該液
体を密封する透明部材と、該透明部材を変形させる機構
とから成り、前記透明部材を前記機構により変形させて
焦点距離を調節する請求項５に記載の表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11054686A JP2000249974A (ja) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | 表示装置及び立体表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11054686A JP2000249974A (ja) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | 表示装置及び立体表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249974A true JP2000249974A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12977689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11054686A Pending JP2000249974A (ja) | 1999-03-02 | 1999-03-02 | 表示装置及び立体表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000249974A (ja) |
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-
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